不同灌水定额对北疆小麦生长和产量的影响

陈凯丽，赵经华，马 亮，马英杰

(新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052)

新疆地处干旱半干旱地区，是我国典型的灌溉农业区，农业用水占总用水量的96%[1,2]。依据2011年全国农田灌溉用水有效利用系数表明，新疆农田灌溉用水的有效利用系数为0.491，显著低于全国平均水平[3]。因此，提高农业水资源利用率，扩大节水灌溉应用面积便显得尤为重要。滴灌是一种先进的现代化节水灌溉技术，与传统节水灌溉技术相比，节水效率约提高70%～80%[4]。正确的系统设计和高水平的田间作物水分管理条件下，滴灌能够适时适量地进行灌溉，在作物的根区创造出适宜的水、肥、气、热等条件，从而获得节水、高产、优质的效果[5]。目前，新疆大部分地区已采用滴灌技术，己成为世界上应用滴灌技术面积最大的地区[6]，并产生了巨大的经济效益。但对于种植的作物而言，大部分都应用在果树、蔬菜、棉花等经济价值较高的作物上[7-9]，对于小麦、玉米等经济价值较低的粮食作物上应用滴灌灌溉的相对较少。新疆的第1大粮食作物是小麦，其种植面积占粮食作物的65%以上[10]。因此，探究滴灌小麦的合理灌溉制度，对于进一步发展新疆节水灌溉就显得尤为重要。

1 实验区概况和试验方法

1.1 试验区概况

试验于2015年4-8月在阿尔泰地区福海县阔克阿尕什乡浑沃尔海进行(东经87°35′56″- 87°36′01″，北纬47°00′56″- 47°01′56″)。实验站地势平坦，坡度较小。此处称为“台地”，戈壁荒滩，与县城高差约30～50 m，海拔平均高度445 m，多年平均气温为4.20 ℃，极端最高气温为39.30 ℃，极端最低气温为-41.20 ℃，多年平均降水量为121.90 mm，多年平均蒸发量为1 820.10 mm。土壤质地定为多砾石沙土，保水保肥性差，土壤肥力低下。土壤干密度1.56～1.70 g/cm3，田间持水率(体积比)12%～26%。

1.2 供试材料

供试品种为新春11号，4月20日播种，4月30日进入出苗期，8月5日收割。施肥和其他管理措施与当地大田一致。

1.3 试验方法

本试验采用不同灌水定额作为试验自变量，用以探究滴灌下不同灌水定额对小麦生长和产量的影响。春小麦作物共设6个试验处理(T1:225 m3/hm2；T2:300 m3/hm2；T3:375 m3/hm2； T4:450 m3/hm2；T5:525 m3/hm2；T6:600 m3/hm2)。每个处理设置3个重复试验，即春小麦作物种植区共设置18个灌水小区。小区排列采取随机区组设计，每小区长42 m，宽7.2 m，小区面积302.4m2，折合0.030 24 hm2。

春小麦灌溉方式采用滴灌系统，滴管带为北屯雨润节水设备公司出产的单翼迷宫式滴灌带，毛管间距0.6 m，滴头间距0.2 m，压力0.1 MPa时滴头流量3.6 L/h。春小麦全生育期共浇水11次，分别为4月24日，5月15日，5月22日，6月1日，6月8日，6月15日，6月20日，6月25日，7月1日，7月9日，7月14日。

1.4 测试项目及方法

(1)株高。自出苗后，每隔15 d用米尺测量一次株高。测量方法为：每小区取25 cm行长的样本，剪去根部，留下地面以上部分，量取其长度，并取每小区平均值为该小区株高。

(2)叶面积指数。测定方法为长宽系数法，校正系数取0.75[11]。在每个生育时段初期，各小区的分别取25 cm行长的样本，确定其分蘖数，从中选取5个分蘖并用直尺测量小麦分蘖上叶片的最大长、宽。

(3)考种。在收获前按小区选取典型样品，进行室内考种。考种指标有效穗数、每穗粒数、千粒重。

(4)产量。成熟后按小区收获，单打单收，并计产。

2 实验结果与分析

2.1 不同灌水处理对小麦生长指标的影响

2.1.1不同灌水处理对株高的影响

由图1可知，灌水定额的大小直接影响小麦的株高，在一定范围内，小麦的平均株高随着灌水定额的增大而增大，且在15 d(分蘖期)后株高因灌水定额不同而差异显著。这是因为小麦在生长初期，植株矮小，蒸腾作用较小，对水分需求量较低。但随着小麦植株生长发育增快，出苗15 d后，需水强度逐渐增大，植株对水分需求量逐渐变大，故株高会随着灌水定额的增加而增大。在各生育期内小麦生长速度也有差异，在15～30 d的折线斜率最大，说明小麦这一时期株高生长最快，平均日增长量达到1.3 cm，其次是30～45 d，但其增长量比15～30 d少69%，而后生长缓慢。灌水定额低处理(T1、T2)的小麦出现了水分严重亏缺，达到了对小麦生长不利的程度，因此株高相对其他处理，明显较低。在T6和T5处理下的小麦株高差异不显著，在出苗后60 d以内，T6处理的小麦株高均大于T5处理，60 d以后，株高都略小于T5处理，且差幅都在1 cm以内，说明在灌水定额在T5处理以上的水分不再是影响小麦株高的主要因素，过多的灌水量反而会抑制小麦株高生长。但是T5，T6与其他灌水定额处理的小麦株高差异显著，说明在一定范围内水分是影响春小麦的株高增长的主要因素，且T5，T6是最适宜小麦株高增长的灌水定额。

图1 小麦株高生长变化

2.1.2不同水分对叶面积指数的影响

叶片是光合作用的主要器官，叶面积对小麦产量形成具有较大的影响，故叶面积指数是小麦生长状况的重要指标[12]。由图2可知，各处理间小麦叶面积指数变化趋势相同，均为先增后减。不同灌水处理下的小麦在出苗15 d(分蘖期)内差异不显著，说明此时小麦需水量较小。出苗15 d后，叶面积指数逐渐增长，在45 d左右达到最大值。此阶段叶面积指数因灌水定额的不同而差异显著，其中，叶面积指数最大为7.5，最小为3.72，差幅达到50.4%。在出苗60 d后，由于植株底部叶片干黄衰落，因此叶面积指数减小。在一定灌水定额范围内(T1～T4)，叶面积指数都随着灌水定额的增大而增大，但是T5处理除了在出苗90 d时略小T6处理，在整个生育期内都大于T6，说明过多的水分反而不利于叶片的伸展，养分的产生，进而影响产量。

图2 小麦叶面积指数变化趋势

2.2 不同水分处理对春小麦产量构成因素及产量的影响

2.2.1不同水分对春小麦产量构成因素的影响

表1为作物收割后统计出的千粒重、有效穗数、单穗粒数、产量，表2为千粒重、有效穗数、单穗粒数、产量的方差分析。由分析可得，不同灌水量对产量构成因素影响程度的大小依次为单穗粒数>有效穗数>千粒重。由表2可知，T1处理的小麦有效穗数和千粒重和其他处理差异显著或者极显著，但其他处理的小麦有效穗数和千粒重之间并无显著差异。以T1作为对照，其他处理的小麦有效穗数增加了33.85%～42.06%，千粒重增加了25%～43.83%。说明在现有条件下，不同灌水量对小麦有效穗数和千粒重影响并不显著，只有在灌水量非常低的情况下才会影响有效穗数、千粒重。不同灌水量对单穗粒数的影响最大，T1、T2、T3处理分别与T5、T6处理的小麦单穗粒数差异显著或者极显著，且单穗数最大为36.5粒，最小仅为19.5 粒，差幅达到87%。综合比较下，T5、T6处理的灌水定额是最有利于小麦产量构成因素增长的灌溉制度。

表1 不同灌水定额处理下滴灌小麦产量指标

表3为产量与千粒重、有效穗数、单穗粒数的偏相关分析，经对比可得，单穗粒数对小麦的产量影响最大，在0.01水平上达到了显著相关，这与张明响[13]研究的穗粒数对产量的直接作用最大，呈显著正相关是一致的。傅兆麟[14]研究，小麦的有效穗数主要由孕穗期决定，单穗粒数主要由抽穗扬花期决定，千粒重主要由灌浆期决定。保证高产的关键得保证孕穗期到灌浆期适宜的灌水量，尤其要保证抽穗扬花期的灌水量，避免出现水分亏缺。

2.2.2不同水分对春小麦产量的影响

由表4可知，小麦的实际产量都未达到理论产量的85%，实际产量随着灌水定额的增大呈现先增大后减小的趋势，T5处理的小麦产量达到最大，且T5处理的理论产量和实际产量的误差率达到了最小，仅为0.4%，水分生产率最高，达到2.8%，这是常规地面灌溉方式根本达不到的，充分体现了滴灌技术节水高产的优越性。由表2分析可知，处理T5、T6的实际产量之间差异不显著，但它们都分别极显著高于处理T1，T2，T3，说明灌溉量的多少对最终产量影响是显著的。综合比较T5、T6处理，T5处理是最有利于小麦节水增产的灌水定额，水分生产率在现有条件下已达到最大，在T5灌水处理的基础上继续增大灌水定额，不再有利于小麦产量的增长，且实际产量与理论产量的误差率会越来越大，达不到节水灌溉增产的目的。

表2 不同灌水定额处理下滴灌小麦产量指标的方差分析

注:*为p<5%显著水平，**为p<0.01显著水平。

表3 产量与产量构成因素之间的偏相关分析

注:*为p<0.05显著水平，**为p<0.01显著水平。

表4 不同灌水定额处理下小麦的产量 kg/hm2

3 结 论

(1)小麦的生长指标(株高、叶面积指数)都随着灌水定额的增大而增大， T1、T2处理的小麦因水分严重亏缺，显著影响小麦的正常生长发育。T5和T6处理的小麦株高和叶面积指数差异不显著，且当灌水定额在T5处理以上时，影响小麦生长发育的限制因素与灌水量的相关性大为减弱，同时过多灌水反而不利于小麦的生长。

(2)利用方差分析和偏相关分析等统计学方法可知，不同灌水量对产量构成因素影响程度的大小依次为单穗粒数>有效穗数>千粒重，且单穗粒数对产量影响最大，呈显著正相关。经综合分析可知：T5、T6处理的灌水定额是最有利于小麦产量构成因素增长的灌溉制度。

(3)经综合比较，525 m3/(hm2·次)(T5)是最有利于节水增产的灌溉制度, 水分生产率在现有条件下已达到最大。在T5灌水处理的基础上继续增大灌水定额，不再有利于小麦产量的增长，达不到节水灌溉增产的目的。该试验结果可为北疆地区滴灌小麦探究最优的灌溉制度提供合理的参考依据。

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